(57)【要約】  本開示の主題は、概して、神経上に配置されるように構成された電極と、電極を保持する基材と、電極が神経上に配置されるときに、電極を電気的に絶縁するように構成された生体適合性絶縁材であって、電極の周りの所定位置に形成される生体適合性絶縁材と、電極にエネルギーパルスを伝えるように構成されたパルス生成器とを有する双方向性神経インターフェイスを提供する方法およびシステムに関する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
神経インターフェイスを組み付ける方法であって、
神経（１０２）の外周の近くまたは周りに部分的に電極（１０８）が配置されるように、前記神経（１０２）の近くに前記電極（１０８）を配置するステップと、
前記電極（１０８）と前記神経（１０２）の間に、注入可能な生体適合性接着剤（１０４）を適用するステップと、
前記神経（１０２）の周りに神経インターフェイスを原位置で組み付けるように、前記生体適合性接着剤（１０４）、前記神経（１０２）、および前記電極（１０８）の周りに、注入可能な生体適合性絶縁材（１１０）を適用するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記生体適合性接着剤（１０４）は、前記電極（１０８）を配置する前記ステップの前に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記生体適合性接着剤（１０４）は、前記電極（１０８）を配置する前記ステップの後に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記生体適合性接着剤（１０４）を適用する前記ステップは、前記生体適合性接着剤（１０４）によって少なくとも部分的に満たされる、前記神経（１０２）と前記電極（１０８）の隙間を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の電極（１０８）から離間して前記神経（１０２）の近くに第２の電極を配置するステップをさらに含み、前記生体適合性接着剤（１０４）を適用するステップは、前記神経（１０２）と前記第２の電極の間に前記生体適合性接着剤（１０４）を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記生体適合性接着剤（１０４）、前記神経（１０２）、および前記電極（１０８）の周りに前記生体適合性絶縁材（１１０）を適用するステップは、前記第２の電極の周りに前記生体適合性絶縁材（１１０）を適用することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記注入可能な生体適合性絶縁材（１１０）または前記注入可能な生体適合性絶縁材（１１０）の一方または両方が、挿入具（１２０）によって適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記生体適合性接着剤（１０４）は、ゲル、液体、または泡状物質のうちの１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記生体適合性接着剤（１０４）は、フィブリン、キトサン、ポリビニルピロリドン、ピロキシリン／ニトロセルロースまたはポリ（メチルアクリレート−イソブテン−モノイソプロピルマレアート）、またはアクリレートもしくはシロキサンポリマーのうちの１つ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記生体適合性絶縁材（１１０）は、シリコーンまたはシアノアクリレートポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記生体適合性接着剤（１０４）の周りで重合化するように前記生体適合性絶縁材（１１０）を重合剤を用いて活性化させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記電極（１０８）にエネルギーパルスを印加した後、あるいは印加する前に前記生体適合性絶縁材（１１０）を硬化させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
接着の品質を決定するために、前記生体適合性絶縁材（１１０）を適用する前に、前記電極（１０８）に印加される電気信号に前記神経（１０２）を刺激させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
接着の前記品質によって、前記電極（１０８）または前記電極（１０８）から離間した第２の電極から受信される信号が得られないときに、前記電極（１０８）を再配置するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記神経インターフェイスは神経カフ（１００）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記電極（１０８）は、前記神経（１０２）の周りに部分環状部を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記生体適合性接着剤（１０４）は、前記生体適合性絶縁材（１１０）よりも多孔性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記生体適合性接着剤（１０４）は、前記生体適合性絶縁材（１１０）よりも吸水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記神経カフ（１００）が組み付けられ、前記生体適合性絶縁材（１１０）が硬化した後に、前記生体適合性絶縁材（１１０）は、前記生体適合性接着剤（１０４）よりも硬くなる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
神経インターフェイスを組み付ける方法であって、
神経（１０２）の外周の近くまたは周りに部分的に電極（１０８）が配置されるように、前記電極（１０８）を備える植込み型電極デバイス（１０６）を前記神経（１０２）の近くに配置するステップであって、前記植込み型電極デバイス（１０６）は、前記ステップの後に前記電極（１０８）と前記神経（１０２）の間に前記生体適合性接着剤層が配置されるように、前記電極（１０８）の表面に前記生体適合性接着剤層を備える、ステップと、
前記神経（１０２）の周りに前記神経インターフェイスを原位置で組み付けるように、前記生体適合性接着剤層、前記神経（１０２）、および前記電極（１０８）の周りに、注入可能な生体適合性絶縁材（１１０）を適用するステップと、
を含む方法。
【請求項２１】
神経（１０２）上に電極（１０８）を配置するためのキットであって、
生体適合性接着剤（１０４）を保持し、内部を通じて前記生体適合性接着剤（１０４）が適用される第１のチップを備える第１の適用具チャンバ（１７２）と、
生体適合性絶縁材（１１０）または前記生体適合性絶縁材（１１０）を形成する前駆体材料を保持し、内部を通じて前記生体適合性絶縁材（１１０）または前記前駆体材料が適用される第２のチップを備える第２の適用具チャンバ（１７０）と、
前記第１のチップおよび前記第２のチップの近くに配置される植込み型電極デバイス（１０６）と、
を備えるキット。
【請求項２２】
前記生体適合性絶縁材（１１０）を形成するように前記前駆体材料を活性化させるための活性化剤を備える、請求項２１に記載のキット。
【請求項２３】
前記第１の適用具チャンバ（１７２）および前記第２の適用チャンバ（１７０）が、単一の挿入具（１２０）内にある、請求項２１に記載のキット。
【請求項２４】
前記第１の適用具チャンバ（１７２）は、第１の挿入具の一部であり、前記第２の適用チャンバ（１７０）は、前記第１の挿入具とは別個の第２の挿入具の一部である、請求項２１に記載のキット。
【請求項２５】
前記植込み型電極デバイス（１０６）は、刺激用電極、記録用電極、およびグラウンド電極を備える、請求項２１に記載のキット。
【請求項２６】
双方向性神経インターフェイスを提供するためのシステム（３００）であって、
神経（１０２）上に配置されるように構成された電極（１０８）と、
前記電極（１０８）を保持する基材（１０７）と、
前記電極（１０８）が前記神経（１０２）上に配置されるときに、前記電極（１０８）を電気的に絶縁するように構成された生体適合性絶縁材（１１０）であって、前記電極（１０８）の周りの所定位置で硬化する生体適合性絶縁材（１１０）と、
前記電極（１０８）または記録デバイスにエネルギーパルスを伝えるように構成された１つ以上のパルス生成器（３０４）と、
を備えるシステム（３００）。
【請求項２７】
前記電極（１０８）を前記神経（１０２）に接着するように構成された生体適合性接着剤（１０４）をさらに備える、請求項２６に記載のシステム（３００）。
【請求項２８】
前記パルス生成器（３０４）は、プロセッサ（３０８）によって実行される複数の動作モードをメモリ（３１０）に記憶しているコントローラ（３０６）を備える、請求項２６に記載のシステム（３００）。
【請求項２９】
前記電極（１０８）から離間した記録用電極を備え、前記動作モードの１つが、前記電極（１０８）によって前記神経（１０２）の刺激を検出するように前記記録用電極が配置されているか否かを判定するように構成された較正モードである、請求項２６に記載のシステム（３００）。
【請求項３０】
前記電極（１０８）は、互いに離間した複数の電極を備える植込み型電極デバイス（１０６）内にある、請求項２６に記載のシステム（３００）。
【請求項３１】
前記電極（１０８）はディスク状である、請求項２６に記載のシステム（３００）。
【請求項３２】
前記電極（１０８）の少なくとも一部分が、湾曲または屈曲しており、前記電極（１０８）の前記湾曲部分または前記屈曲部分は、前記神経（１０２）上に配置される、請求項２６に記載のシステム（３００）。
【請求項３３】
神経（１０２）上に電極（１０８）を配置するための挿入具（１２０）であって、
生体適合性接着剤（１０４）を保持するリザーバに結合され、内部を通じて前記生体適合性接着剤（１０４）が適用される第１のチップを備える第１のチャンネル（１４０）と、
生体適合性絶縁材（１１０）または前記生体適合性絶縁材（１１０）を形成する前駆体材料を保持するリザーバに結合され、内部を通じて前記生体適合性絶縁材（１１０）または前記前駆体材料が適用される第２のチップを備える第２のチャンネル（１４２）と、
前記第１のチップおよび前記第２のチップの近くに配置される植込み型電極デバイス（１０６）と、
を備える挿入具（１２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、挿入型の神経刺激装置／記録デバイス、さらに、例えば神経カフなどの神経インターフェイスの原位置組付け、およびそのような神経カフを用いた刺激および／または神経からの記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
神経刺激は、様々な臨床症状を治療するために使用されてきた。例えば、慢性背部痛を治療するために脊髄沿いの様々な部位での電気刺激が使用されてきた。そのような治療は、特定の神経繊維を活性化するために組織に印加される電気エネルギーを周期的に生成するデバイスによって行うことができ、痛覚を減少させることができる。脊髄刺激の場合、刺激用電極は、一般に硬膜外空間に配置され、パルス生成器は、伝導用のワイヤ線またはリード線を介して電極に接続されうるが、電極からいくぶん離れて、例えば、腹部または殿部の領域に配置されうる。他の実装形態では、運動障害を治療するために脳の特定領域を刺激する脳深部刺激を使用することができ、刺激部位を神経撮像により案内することができる。そのような中枢神経系刺激は、一般に、局所神経または脳細胞の機能を対象とする。
【０００３】
末梢神経刺激は、中枢神経系のより大きな構造を標的とするよりも相対的に困難となることがある。末梢神経が外側に延びるにつれて、神経束のサイズが小さくなる。加えて、小さな末梢神経繊維が、周辺組織の比較的大きな部分を制御することができ、このことは、そのような神経を神経刺激のために位置決めし、標的とすることを比較的困難にする。しかし、末梢神経系は、体内の多くの異なる臓器構造を神経支配するので、特定の末梢神経を標的とすることが望ましいことがある。
【０００４】
植込み型電気刺激技術が、神経上に制御回路と伴に直接植え込まれたリード線なし一体型デバイスに、パルス生成器回路と一体型電極を同時に植え込むことを可能にしてきたが、そのようなデバイスは、植え込まれたシステムにとって課題である。一体型インプラントは、インプラントの移動によって、神経に無理な力が及んだり、周辺組織に損傷が及んだりしない方法で、神経上に安定的に配置されなければならない。しかし、神経に接触するように設計された神経カフなどの特定の植え込まれたデバイスを、神経の外科的剥離を伴わずに配置および使用することはできない。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書に開示されるのは、植込み型電極デバイスをその標的となる神経に取り付けるための神経カフである。植込み型電極デバイスは、神経の周りに原位置で作製されるまたは組み付けられる神経カフの一部とすることができる。一実装形態では、（ニードルまたは外科用具に収容された）植込み型電極デバイスはまず、外科用スコープまたは外部撮像技術を用いて標的となる神経と接触するように（または近くに）持ってこられる。相対運動（およびその結果生じる組織損傷）を最小限にし、神経表面からの植込み距離を固定するように、生体適合性接着剤が、標的部位にあるインプラントの周りに注入される。次いで、神経−インプラントインターフェイスを電気的に絶縁するように、接着／固定されたインプラントの周りに絶縁材料が注入される。他の実施形態では、植込み型電極デバイスを配置する前に所望の神経部位に接着剤を適用することができる。また別の実施形態では、植込み型電極デバイスは、接着剤と電極が同時に神経上に配置されるように、予め適用された接着剤層を有することができる。本明細書は、そのような神経カフを外科的に植え込む方法、ならびにカフの適正な配置および機能をテストするための方法についても説明する。
【０００６】
挿入型の神経カフまたは原位置で形成される神経カフの使用には、（スコープまたは画像で案内される）比較的低侵襲性の外科的植込み、および末梢神経系のより小さなまたはより深い神経（すなわち、外科的剥離および操作には小さすぎる神経）を電気的に絶縁する能力など、多くの利点がある。注入可能材料は、従来の神経カフでは不可能であった更なる機能を果たすこともできる。組付け（例えば挿入）中に植込み型電極デバイスを神経に配置および固定するために使用される接着剤材料は、植え込まれた電極と神経とのイオン伝導性を変化させるために使用することもできる。これにより、電極と神経の結合の向上、ならびに記録および／または刺激の向上を容易にすることができる。接着剤は、生分解性とすることもでき、神経−電極インターフェイスの初期保護（絶縁材料の注入および硬化中）を可能にし、次いで、流体または結合組織で自然に満たされうる隙間または空間への通路を与える（分解後）。この材料は、特別な成分または添加剤（局所的な炎症を抑える薬剤など）を含むこともでき、高インピーダンス組織の形成を遅らせるように機能することもできる。接着剤および絶縁材料は、外科的剥離に基づく植込みから低侵襲性挿入に移る大きな課題である神経に対する神経カフの縫合を必要とする技術に取って代わることができる。
【０００７】
一実施形態では、神経カフは、（挿入され組み付けられると）神経と植え込まれたデバイスとの間に注入される接着剤層を含む。この層は、原位置で重合化できるいくつかの材料を利用することによって、形成することができる。これらの材料は、神経外科医の間で現在利用されており、神経毒性をほとんど有さないリストから選ぶこともできる。この層は、まず、組み付けられた神経カフを神経表面に対して一定の距離で固着するための定着手段として機能する。「同時挿入型」の外科用スコープまたは外部画像案内システムを使用して、インプラントの電極と神経とを隔てる隙間を植込み中に調節することができる。神経に固着されると、インプラントは、第２の注入可能材料の注入によって電気的に絶縁されうる。この材料は、最小の免疫応答を伴って原位置で重合化できる電気絶縁材のリストから選ぶことができる。ニードル（または外科用ツール）によって原位置に組み付けられるが、最終組付けによって、神経カフの機能的アーキテクチャが厳密に適合される。
【０００８】
一実施形態では、例えば神経カフなどの神経インターフェイスを組み付ける方法であって、神経の外周の近くまたは周りに部分的に電極が配置されるように、神経の近くに電極を配置するステップと、電極と神経の間に、注入可能な生体適合性接着剤を適用するステップと、神経の周りに神経インターフェイスを原位置で組み付けるように、生体適合性接着剤、神経、および電極の周りに、注入可能な生体適合性絶縁材を適用するステップとを含む方法が提供される。
【０００９】
別の実施形態では、神経インターフェイスを組み付ける方法であって、神経の外周の近くまたは周りに部分的に電極が配置されるように、電極を備える植込み型電極デバイスを神経の近くに配置するステップであって、植込み型電極デバイスは、ステップの後に電極と神経の間に生体適合性接着剤層が配置されるように、電極の表面に生体適合性接着剤層を備える、ステップと、神経の周りに神経インターフェイスを原位置で組み付けるように、生体適合性接着剤層、神経、および電極の周りに、注入可能な生体適合性絶縁材を適用するステップとを含む方法が提供される。
【００１０】
別の実施形態では、神経上に電極を配置するためのキットが提供される。キットは、生体適合性接着剤を保持する第１の適用具チャンバと、生体適合性絶縁材を形成する液体またはゲル材料を保持する第２の適用具チャンバと、第１のチップおよび第２のチップの近くに配置される植込み型電極デバイスとを含む。キットは、小さな切開を通じた神経インプラントの低侵襲性植込みのために外科用スコープまたは外部画像案内システムと共に使用することができる。
【００１１】
別の実施形態では、インプラントは、第１の接着剤材料を使用せずに配置され、インプラント自体は、絶縁材料の注入中にインプラント電極と神経の隙間を保護する。この実施形態では、絶縁材料はまた、僅かな相対移動を伴ってインプラントを神経に固着するように支持しなければならず、直接神経接触に適合しなければならない。
【００１２】
別の実施形態では、インプラントは、第２の絶縁材料を使用せずに配置され、インプラント自体（または挿入型支持構造）は、電流を神経に導く手段を提供する。この実施形態では、接着材料はまた、僅かな相対移動を伴ってインプラントを神経に固着するように支持しなければならず、直接神経接触に適合しなければならない。
【００１３】
最後に、一実施形態では、双方向性神経インターフェイス用のシステムが提供される。システムは、神経上に配置されるように構成された電極と、電極を保持する基材と、電極が神経上に配置されるときに、電極を電気的に絶縁するように構成された生体適合性絶縁材であって、電極の周りの所定位置で硬化する生体適合性絶縁材と、電極または記録デバイスにエネルギーパルスを伝えるように構成された１つ以上のパルス生成器とを備える。例えば、自然のまたは刺激された神経活動に対応する電気信号を記録するためのグラウンド電極および検知用電極として電極を利用しうる別個の検知回路をシステム内に含めることができる。
【００１４】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】挿入および原位置組付けの後に神経上に配置された植込み型電極デバイスを含む、本開示の実施形態による神経カフを描写する詳細な斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの挿入された神経カフの横断面である。
【図１Ｃ】本開示の代替的な実施形態による挿入された神経カフの横断面である。
【図２Ａ】挿入および原位置組付けの後に神経上に配置された植込み型電極デバイスを含む、本開示の実施形態による組み付けられた神経カフの前面である。
【図２Ｂ】非分解性接着剤を用いたカフ設計の実施形態である。
【図２Ｃ】分解性接着剤を用いたカフ設計の実施形態である。
【図３Ａ】組み付けられた神経カフの側面斜視図である。
【図３Ｂ】組み付けられた神経カフの側面図である。
【図３Ｃ】神経上の所定位置に取り付けられたまたは所定位置にある、組み付けられた神経カフを通る縦断面であり、内部特徴を示している。
【図４Ａ】末梢神経部位と、神経カフの挿入および外科用スコープの配置のために神経へのアクセスを得るために使用される２つの外科的切開との例を示す図である。
【図４Ｂ】インプラント挿入具および外科用スコープの挿入後の挿入箇所の図である。
【図４Ｃ】インプラント挿入具の位置決めのために、標的となる神経の局所的な部位の画像を提供する外科用スコープの図である。
【図４Ｄ】標的となる神経上に配置する前の液体神経接着剤材料の動きを示す。
【図４Ｅ】神経接着剤材料が重合化および硬化した後の、神経上に挿入され固定されたインプラントを示す。
【図４Ｆ】インプラント／神経／神経接着剤構造の周りへの電気絶縁材料の第２の注入を示す。
【図４Ｇ】電気絶縁材料の重合化および硬化の後に完了した神経カフの組付けを示す。
【図４Ｈ】インプラント挿入具およびスコープの取外しならびに切開の縫合による挿入プロセスの完了を示す。
【図５Ａ】神経に接触する部分が、接触面積を大きくするようなＪ字様の形状をなす、神経カフの実施形態を示す。
【図５Ｂ】神経上の所定位置にある、図５Ａの神経カフを示す。
【図５Ｃ】神経に接触する部分が、接触面積を大きくするような部分環状部である、神経カフの実施形態を示す。
【図５Ｄ】神経上の所定位置にある、図５Ｃの神経カフを示す。
【図６Ａ】２つの材料成分の連続適用のために指定された幾何形状を材料注入用のチャンネルが有する、神経カフの原位置製作のために使用される挿入具の実施形態を示す。
【図６Ｂ】２つの材料成分の連続適用のために挿入具に材料が順次予めロードされている、神経カフの原位置製作のために使用される挿入具の実施形態を示す。
【図６Ｃ】インプラントの周りに神経接着剤が予めロードされ、デバイス内に電気絶縁材料が順次ロードされている、神経カフの原位置製作のために使用される挿入具の実施形態を示す。
【図７Ａ】二極性電極配置を有する組み付けられた神経カフの実施形態を示す。
【図７Ｂ】三極性電極配置を有する組み付けられた神経カフの実施形態を示す。
【図７Ｃ】代替的な電極配置を有する組み付けられた神経カフの実施形態を示す。
【図７Ｄ】電極アレイを有する組み付けられた神経カフの実施形態を示す。
【図７Ｅ】神経と接触する単一の電極を有し、第２のグラウンド電極が周辺組織内に離れて配置される、組み付けられた神経カフの実施形態を示す。
【図７Ｆ】電力および／またはデータを伝送できる無線電極構成を有する組み付けられた神経カフの実施形態を示す。
【図８Ａ】挿入ニードルまたは器具から突出する特徴部を有する挿入具の実施形態を示す。
【図８Ｂ】神経カフの組付け中の、図８Ａの挿入具を示す。
【図９】挿入ニードルまたは器具から突出する特徴部が取外し可能であり、神経カフの原位置組付け後にインプラントと共に留まる、挿入具の実施形態を示す。
【図１０】本開示の実施形態による挿入型システム内の刺激神経デバイスのブロック図である。
【図１１】図１１Ａは、７０ｕｍの神経上に配置された電極を描写する。図１１Ｂは、７０ｕｍの神経上に配置された、挿入され組み付けられた神経カフを描写する。
【図１２Ａ】図１２Ａは、神経カフ構成部品の組付け前の活動電位の神経記録データを示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、神経カフ構成部品の挿入および組付け中の活動電位の神経記録データを示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、神経カフ構成部品の組付け後の活動電位の神経記録データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１つまたは複数の特定の実施形態について、以下で説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、本明細書に実際の実装のすべての特徴を説明することはない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１７】
本技術は、標的となる神経の完全な外科的剥離を伴わずに、指向性の刺激および／または神経記録のために末梢神経とインターフェイスできる挿入型の双方向性神経インターフェイスまたは神経カフを創出することに関する。特に、開示される双方向性神経インターフェイスは、予め作製された神経カフに神経を物理的に巻き込む必要なしに定着および電気絶縁を達成することにより、刺激機能または記録機能の一方または両方を挿入形態で可能にする。本技術は、従来の神経カフ技術によってアクセスできない小さな末梢神経への双方向性神経インターフェイスの配置をさらに向上させる。一実施形態では、神経構造は末梢神経とすることができる。
【００１８】
双方向性神経インターフェイス／インプラントを創出するための特定の技術は、神経の外科的剥離およびシリコーンシースによる神経の物理的な絶縁を伴う。これらの神経インターフェイスは、神経カフと呼ばれる。しかし、神経カフは、より小さな神経に適用するようにサイズを小さくすることが困難であり、これは、適用には、露出した神経への樹脂製絶縁シースの物理的な巻き付けが伴うためである。そのようなサイズの制約によって、比較的小さな末梢神経でのカフの使用が妨げられる。（神経の近くに挿入されるが）神経と直接インターフェイスしない挿入型インプラントを含む、一方向または神経インターフェイスのみの刺激のためのより簡単なインターフェイスが開発されてきた。しかし、これらの「カフなし」挿入型デバイスは、刺激中に電流を神経に集中させず（電流が一帯に発せられ、絶縁性のカフ材料によって集束されない）、したがって、より高い電流および電力要求を有する（そして、組織を損傷させることがある）。加えて、周辺組織／非神経組織から発する信号から電極が絶縁されていないので、「カフなし」デバイスは、神経記録を行うことができない。
【００１９】
本明細書に提示されるのは、挿入型の双方向性神経インターフェイスを創出するための技術である。一実施形態では、植込み型電極デバイスが小型注入ニードルと並べられ、対象となる神経上に配置される。そして、少量の生体適合性接着剤が適用される。このステップは、適正な部位／距離で神経に電極を取り付け、神経の完全な外科的剥離を伴わずに機械的支持をもたらす。生体適合性接着剤は、ゲルまたはヒドロゲルとすることができ、神経の健全性を維持するとともに、電気的活動を刺激および／またはモニタリングするために必要なイオンおよび分子の移動を可能にする移動特性を維持することができる。続いて、電極／神経インターフェイスの周りに生体適合性絶縁材が注入される。これは、植込み型電極デバイス内の同じニードル（順次注入）または異なる２つのニードルを用いて達成することができる。加えて、ニードルは、神経の周りにフィットするように形作ることができ、本技術は、注入可能材料を成形し、インターフェイスの被包を確実にするための型または支持体を提供することができる。神経は、比較的小さなもの、例えば、１ｍｍほどの小さなものとすることができる。
【００２０】
図１は、開示される技術による双方向性神経インターフェイスを形成する、神経上の所望の部位に配置されるインプラントを備える組み付けられた神経カフ１００の概略図である。神経上に配置されるインプラントの所望の位置および部位は、所望の組織部位での刺激および／または記録を容易にするように選択することができる。双方向性神経インターフェイスは、例えば、末梢神経、中枢神経などの任意の適切な神経部位に配置される電極を含みうることを理解されたい。一例では、神経部位としては、肋骨内面神経、肋骨下神経、腕神経叢、腰神経叢、坐骨神経叢、大腿神経、坐骨神経、伏在神経、脛骨神経、腓骨神経、尺骨神経、閉鎖神経、陰部大腿神経、正中神経、腸骨下腹神経、橈骨神経、筋皮神経などを挙げることができる。さらに、神経上の配置は、アクセス性および神経サイズにより対応する任意の適切な部位とすることができる。
【００２１】
図１Ａは、神経１０２の上または近くへの原位置組付け（例えば、挿入）後に所定位置にある神経カフ１００の例である。一般に、神経カフ１００は、原位置で形成され、よって、組み付けられた神経カフ１００が、注入可能な神経接着剤１０４により定着された（いくつかの実施形態ではさらに保護された）植込み型電極デバイス１０６を取り囲む注入可能な絶縁材１１０を含むようになっている。植込み型電極デバイス１０６は、デバイスの表面、例えば基材１０７上に、神経活動を記録するための神経１０２の近くに１つ以上の一体型電極１０８を含む。
【００２２】
図１Ａに示すように、デバイス１０６は、神経に部分的に巻き付くように植え込まれ、よって、電極１０８は、神経の直ぐ近くに配置され、絶縁材料１１０の注入および同材料による被包の前に神経接着剤１０４により保護される。電極１０８が神経１０２上にある、または神経１０２から僅かに離れてあるので、比較的近い安定した配置によって、絶縁材料１１０によりもたらされる電極の一定の近接性および電流の集中により、比較的低い電力レベルを刺激のために使用することができ、神経を保護することもできる。本明細書に提示するように、神経１０２の近くにある電極１０８または植込み型電極デバイス１０６は、神経１０２に（完全または部分的に）直接接触していてもよく、直ぐ近くではあるが神経１０２から離れていてもよい。例えば、組み付けられた神経カフ１００内の電極１０８は、５ｍｍ、３ｍｍ、１ｍｍ、１００ミクロン、または５０ミクロン未満の距離で神経１０２から離間して配置されてもよい。別の実施形態では、接着剤１０４は、神経１０２と直接接触するが、絶縁材１１０は、神経１０２と接触しなくてもよく、接触が限定されてもよい。つまり、接触面積全体で比較すると、接着剤１０４は、絶縁材１１０よりも大きな面積で神経１０２と接触する。
【００２３】
従来の縫合されたカフとは対照的に、生体適合性接着剤１０４の使用によって、電極１０８と神経１０２との距離ｄ１を減少させることができる。従来のカフでは典型的に、カフと神経の間の空間は、例えば、約１００ミクロンの間隙を満たすように、間質液で満たされる。しかし、開示される実施形態では、接着剤材料の存在によって、電極１０８と神経１０２の間の空間への間質液の移動が阻止または抑制され、神経１０２と電極１０８の隙間ｄ１を減少させることができる。他の技術に対するこの隙間の減少によって、記録および／または刺激機能が向上する。記録に関しては、記録用電極が、神経１０２による電気的活動とともに、（神経よりも大きな）筋肉／組織による望ましくない電気的活動を記録することができる。生体適合性接着剤１０４は、ポリマー材料自体を比較的絶縁性とすることができる一方で、神経１０２に沿う電気的活動を行うためのイオン伝導を可能にする細孔径によって、比較的通気性とすることができる。対照的に、生体適合性絶縁材１１０は、硬化すると、生体適合性接着剤１０４よりも小さな細孔径を有する。特定の生体適合性接着剤１０４および／または生体適合性絶縁材１１０の選択によって、神経１０２の周りの電気的環境をカスタマイズすることができる。一実施形態では、生体適合性接着剤１０４は、生体適合性絶縁材１１０よりも吸水能力がある。別の実施形態では、生体適合性絶縁材１１０は、生体適合性接着剤１０４よりも相対的に疎水性である。
【００２４】
図１Ｂを参照すると、絶縁材１１０は、植込み型電極デバイス１０６および神経１０２を含む空間を取り囲む。一実施形態では、絶縁材１１０は、神経１０２上の植込み型電極デバイス１０６を被包する。被包される前に、デバイス１０６は、注入可能な接着剤１０４によって神経に定着される。この接着剤は、また隙間を満たすことによって神経１０２と電極１０８の間の任意の介在空間を保護し、よって、絶縁材１１０が適用されるときに介在空間が絶縁材１１０の電気的絶縁材料で満たされることを防ぐ。これによって、周辺組織の電気的活動からの電極１０８の絶縁を可能にする一方で、（例えば、電極１０８からのエネルギーパルスが神経１０２に印加されること、および／または電極１０８により神経電気的活動を記録することを可能にするように）それらの要素間の絶縁を防ぐことによって、電極と神経の接触が高められる。一実施形態では、植込み型電極デバイス１０６は、無線で電力供給されており、神経１０２に印加される電気パルスの数、タイミング、および種類を制御するパルス生成器として機能するマイクロコントローラを含む。別の実施形態では、植込み型電極デバイス１０６の無線要素は、データ通信にも利用される。この場合、植込み型電極デバイス１０６は、神経により生じたエネルギー（すなわち神経信号）を記録するのに必要な回路も含むことができる。図１Ｂは、絶縁された電気リード線１１２が、神経カフ１００から突出し、無線の電力供給および通信を置き換えうる、代替的な実施形態を示している。
【００２５】
図２Ａは、原位置組付けの後に挿入された神経カフ１００の表面を示している。組み付けられると、絶縁材１１０は、露出し、神経カフ１００の外部層を形成する。植込み型電極デバイス１０６は、完全に被包され、電極１０８と神経の隙間ｄ１を除いて周辺組織から遮蔽される。いくつかの実施形態では、隙間ｄ１は、接着剤１０４で満たされる、絶縁材１１０の開口１０９の縁と神経１０２との隙間とほぼ同じとすることができる。つまり、神経１０２と電極１０８または絶縁材１１０との隙間は、同様のサイズとすることができる。神経１０２と絶縁材１１０（または電極１０８）の隙間は、挿入パラメータによって影響を受けうる絶縁材シェルの概形によって、絶縁材の長さに沿って変化することがある。図示される実施形態では、絶縁材１１０は、絶縁材１１０によって形成された部分的に閉鎖された空間への間質液の進入を許容する１つ以上の開口１０９を有する円筒状の層を形成する。間質液は、接着剤１０４中に形成された細孔に流れ込んでもよく、接着剤１０４によって吸収されてもよい。部分的に閉鎖された空間への流体の進入によって、神経の健全性が助長され、電極１０８からのエネルギーの伝導を高めることができる。（電極と神経の隙間が空のままである）従来の神経カフとは異なり、特定の細孔率およびイオン伝導性をもたらすように接着剤層を選ぶことができる。神経記録のために、これらのパラメータ（すなわち、カフに沿う横方向の伝導性）を、周辺組織のイオン性／電気的活動と関連するノイズ信号を減らすように調整することができる。接着剤層は、局所的な炎症反応を制御し、電極と神経の間の高インピーダンス組織の形成を抑えるようステロイドまたは他の分子を放出するようにすることもできる。挿入／植込み中またはそれに続く接着剤の分解中もしくは組織浸透中に挿入型カフのフィット性をモニタリングするために、インプラント内の電気およびインピーダンス検知回路を使用することができる。
【００２６】
ゲルまたは他の生体適合性接着剤１０４は、神経１０２上のインプラントデバイス１０６の適正な配置を容易にすることができ、神経または隣接組織の自然な移動中に適切な接触を維持することができる。例えば、神経は、循環性の体積変化または組織運動の結果として体内で移動することがある。開示される接着および絶縁技術は、いくつかの実施形態では、電極配置の一貫性に影響を及ぼさずにインプラントデバイス１０６および神経の微小移動を許容することができる。従来の技術が、所定位置での電極の縫合を利用することにより、所望の箇所から離れる移動の機会を抑制する一方で、開示される技術は、小さな内部神経上での実施が依然として困難である更なる縫合手術ステップを伴わずに、目標とする電極配置を達成する。
【００２７】
本明細書に開示される実施形態に提示するように、生体適合性接着剤１０４は、注入により適用できる（すなわち注入可能な）または電極に予め層状に適用できる液体、泡状物質、もしくはゲルとすることができる。いくつかの実施形態では、生体適合性接着剤は、原位置で硬化されてもよく、重合化されてもよく、活性化されてもよく、または形成されてもよい。所望の力（例えば、適用チップまたはニードルを通じた術者の力または機械的な力）で適用できるような所望の粘性または流動特性を有するように、生体適合性接着剤１０４の材料を選択することができる。一実施形態では、２５℃で測定される生体適合性接着剤１０４の粘性は、８０〜６０，０００ｃＰである。いくつかの実施形態では、生体適合性接着剤１０４は、フィブリン、キトサン、ポリビニルピロリドン、ピロキシリン／ニトロセルロースもしくはポリ（メチルアクリレート−イソブテン−モノイソプロピルマレアート）、またはアクリレートもしくはシロキサンポリマーのうちの１つ以上を含む。
【００２８】
生体適合性接着剤１０４は、溶剤、非揮発性希釈剤、および／または揮発性希釈剤の形態のレオロジー改質剤などの特定の更なる防腐成分または改質成分を含むことができる。適切な溶剤の例として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、グリム、およびそれらの組合せが挙げられる。適切な非揮発性希釈剤の例として、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、プロピレンカーボネート、ジグリム、ポリエチレングリコールジアセテート、ポリエチレングリコールジカーボネート、ジメチルイソソルビド、およびそれらの組合せが挙げられる。適切な揮発性希釈剤の例として、炭化水素、パーフルオロアルカン、ヒドロフルオロアルカン、二酸化炭素、およびそれらの組合せが挙げられる。接着剤は、１種類以上の安定化剤を含むこともできる。例として、酸化防止剤（例えば、ＢＨＴおよびＢＨＡ）、水捕集材（例えば、ハロゲン化アシルおよびアリール、ならびに無水物アシルおよびアリール）、ブレンステッド酸その他が挙げられる。いくつかの実施形態では、生体適合性接着剤１０４は、電極からの電気信号が接着剤材料を通って神経に伝達されるように電気伝導性とすることができる。しかし、生体適合性接着剤が分解する実施形態では、伝導特性が変化することがある。いくつかの実施形態では、生体適合性接着剤の抵抗特性が記録の向上をもたらすことがある。
【００２９】
生体適合性接着剤１０４は、適用されると、所定位置で硬化または形成することができる。つまり、材料は、適用具チップまたはニードルによって適用され、時間、温度、エネルギーの印加、または更なる化合物の添加によって続いて形成または硬化する前駆体の形態をとることができる。いくつかの実施形態では、生体適合性接着剤１０４の硬化時間は、神経カフの組付け中の神経１０２の露出を制限するように５分未満として選択することができる。
【００３０】
生体適合性絶縁材１１０は、前駆体の液体またはゲルの形態で適用され、所定位置で固化または硬化し、よって、絶縁材１１０と接着剤１０４の両方が神経カフ１００内で使用のための最終形態にあるときに、硬化した絶縁材１１０が接着剤１０４よりも硬くなるようなシリコーンポリマーとすることができる。例えば、生体適合性絶縁材１１０は、Ｍａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ社（Ｈａｃｋｅｎｓａｃｋ、ＮＪ）から入手可能なＭａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｌ  １５１カプセル材またはＭａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ  ＥＰ３０ＤＰまたは同様のポリマーカプセル材とすることができる。生体適合性絶縁材１１０またはその前駆体材料は、生体適合性接着剤と同様の流動特性を有することができ、適用具チップによる適用を許容する粘性を伴って注入することができ（すなわち、注入可能であり）、電極１０８を被包する生体適合性絶縁材シェルを形成するように電極１０８の周りに流動することができる。
【００３１】
図２Ｂは、インプラントの寿命を通して損なわれない安定性または非分解性接着剤１１１を用いて植え込まれた後の挿入型神経カフを描写している。植込み中、接着剤１１１は、植込み型電極デバイス１０６の周りに流動し、植込み型電極デバイス１０６を直接接触から隔てることができる。非分解性接着剤１１１は、神経の上下での神経カフの移動を制限することができ、デバイスと神経の間の移動による摩擦を解消することができる。接着剤材料（例えば、接着剤１０４または非分解性接着剤１１１）および周辺絶縁材１１０は、被包された神経のねじれの極端なひずみを解消しながらも、剛性が低く、周辺組織の運動によって生じた衝撃を吸収する材料から選ぶことができる。図２Ｃは、接着剤１０４が分解性であり、分解に際してデバイス１０６および電極１０８が、絶縁材１１０によって形成された空間内に浮いた状態となる、代替的な実施形態を示している。この場合、隙間ｄ１は、流体および／または結合組織で満たされうる。
【００３２】
図３Ａおよび図３Ｂは、例示的な寸法ｈ１およびγ１を伴って組み付けられた神経カフ１００の斜視図を示している。図示される実施形態では、神経１０２に沿う長さγ１は、高さ寸法ｈ１よりも大きくすることができる。組み付けられた神経カフ１００の寸法γ１およびｈ１は、接着剤および絶縁材の適用量に依存し、患者の生理機能（例えば、神経環境）および術者の適用技術によって変化することがある。（例えば、小型デバイスによる）小さな／内部神経上への神経記録および刺激デバイスの植込みに、縫合を伴わない神経カフ１００を利用することができる。図３Ｃは、マイクロコントローラ、アンテナ、および電力蓄積および刺激回路などの内蔵型電子装置１１６を含む組み付けられた神経カフ１００の概略横断面の例を描写している。
【００３３】
図４Ａは、神経カフを原位置で製作するための挿入プロセスの第１のステップの例示である。例示では、標的となる神経の例を坐骨神経としている。標的となる神経の両側に２つの切開が行われ、一方の切開が、神経カフ／インプラントの挿入に用いる外科用具または挿入具１２０の挿入用であり、別の切開が、インプラント配置および神経カフ組付けの可視化に用いる外科用スコープ１２６の挿入用である。図４Ｂは、標的となる神経に対する外科用ツールおよびスコープの挿入を示している。別の実施形態では、画像案内手段を用いて外科用具の挿入を行うことができ、外科用スコープのための第２の切開を省略することができる。
【００３４】
電極１０８を配置するために、図４Ｃに示すように、外科用挿入具１２０が患者の神経１０２の近くに持ってこられる。挿入具１２０は、標的となる神経１０２への挿入を支援するニードル様の形状とすることができる。挿入具１２０のチップ１３０に収容された植込み型電極デバイス１０６は、神経１０２上の所望の部位に配置される。挿入具１２０は、（電極の位置でインプラントを押圧し配置するのに用いる）適用具を含むことができ；この配置を外科用スコープ（または非侵襲性撮像モダリティ）によって視認することができる。適用具は、注入可能な接着剤および絶縁材料を適用するための内部チャンネル１４０、１４２を含んでもよく、材料は、別個のニードルおよびシリンジを用いて注入してもよい。チャンネル１４０、１４２を注入可能な接着剤および絶縁材料（例えば、接着剤１０４および絶縁材１１０）の対応するリザーバに結合することができる。
【００３５】
電極が所定位置になると、図４Ｄに示すように、生体適合性接着剤１０４は、神経１０２の隣に配置された適用具チップ１３０によってチャンネル１４０を通じて植込み型電極デバイス１０６に直接適用される。生体適合性接着剤１０４は、電極１０８と神経１０２の隙間を満たす、および／または形成する。このようにして、生体適合性接着剤１０４は、神経１０２と電極１０８の間に配置される。図４Ｅに示すように、生体適合性接着剤１０４の適用力によって、生体適合性接着剤１０４が神経に対して電極１０８の周りの所定位置に押し込まれる。生体適合性接着剤１０４は、所定位置になると、神経１０２と電極１０８の両方を実質的に取り囲み、神経−電極−接着剤複合体を形成することができる。生体適合性接着剤１０４を適用し、必要に応じて硬化させた後に、図４Ｆに示すように、第２のチャンネル１４２は、生体適合性絶縁材１１０を神経−電極−接着剤複合体に適用するために使用される。チャンネル１４０、１４２は、内部を通じて注入可能材料が押されて適用される、それぞれの開口１５０、１５２を含む。そして、生体適合性絶縁材１１０は、電極１０８の周りの所定位置で硬化し、架橋し、または固化する。
【００３６】
動作中、チャンネル１４０、１４２は、生体適合性接着剤１０４または生体適合性絶縁材１１０で満たされ、例えばシリンジのプランジャの操作によって適用されうる。適用は、挿入具１２０のロボット制御または機械制御によっても達成することができる。一実施形態では、第２の適用具チップ６８は、第１の適用チップと並んで配置され、よって、それらの対応する出口ポートが電極からほぼ同じ距離だけ離れうるようになっている。第２の適用具チップが術者によって配置される例では、植込み型電極デバイスは、電極１０８からの適切な距離を伴う第２の適用具チップの出口ポートの配置を容易にするアラインメント特徴または案内特徴を含むことができる。
【００３７】
神経カフ１００が原位置で組み付けられた後に、図４Ｇに示すように、生体適合性接着剤１０４および外科用挿入具１２０は、取り外され、組み付けられた神経カフ１００が神経１０２上に残される。画像装置１２６および挿入具１２０は、組付け手順を完了するためにアクセス箇所を介して取り外されうる。
【００３８】
図５Ａは、湾曲形状またはフック形状の電極１０８および基材１０７を含む植込み型電極デバイス１０６の構成を示している。フック形状は、神経１０２を捕捉するように機能することができる。図５Ｂは、神経１０２上の所定位置にある植込み型電極デバイスの図である。図５Ｃは、植込み型電極デバイス１０６が、図５Ｄに示すように、所定位置にあるときに神経１０２の周りに部分環状部を形成する、別の実施形態の図である。
【００３９】
挿入具１２０は、内部を通じて接着剤１０４および／または絶縁材１１０が適用される１つ以上のチャンネル（例えば、チャンネル１４０、１４２）を含むことができる。チャンネルは、挿入具１２０内に固定または形成されてもよく、取外し可能でもよい。さらに、チャンネルは、適用のための適切な材料を保持し、術者によって操作されるシリンジに結合することができる。いくつかの実施形態では、例えば図６Ａに示すように、接着剤１０４と絶縁材１１０の連続配置を容易にするように適用チャンネルのチャンネル開口位置を配置することができる。例えば、接着剤チャンネル１４０に関連するチャンネル開口１５０を、生体適合性絶縁材１１０がそこから適用されるチャンネル開口１５２に対して、僅かに引っ込んだ所に配置することができる。このようにして、接着剤１０４は、適用中に神経にできるだけ近付くように促されうる。挿入具１２０チャンネル１４０、１４２またはアラインメント代替的な実施形態では、連続して配置されたり使用されたりしうる２つの別個の適用具（例えば、リザーバ）に挿入具１２０を結合することができる。適用具は、挿入具の適切なチャンネル（例えば、チャンネル１４０、１４２）に結合するシリンジであってもよく、チャンネルの所定位置で使用されてもよい。例えば、第１の適用具を使用した後に、取り外し、第２の適用具と交換することができる。また別の実施形態では、図６Ｂに示すように、連続チャンバ構成を有する単一の適用具１７を使用することができる。例えば、適用具チップ１３０のより近くに配置される第１のチャンバ１７２が、生体適合性接着剤を保持する一方で、より遠くに位置決めされる第２のチャンバ１７０が、生体適合性絶縁材１１０を保持する。図６Ｃに示すように、チャンバ１７０、１７２は、第１のチャンバ１７２が空になると、第２のチャンバ１７０の内容物を放出するように破られうるシール１７４によって隔てられる。このようにして、生体適合性接着剤１０４と生体適合性絶縁材１１０の両方を、単一の適用で適用することができ、このことは、２つの適用具のための空間が存在しないことがある、より小さな末梢神経上に電極を配置するのに有利となりうる。別の実施形態では、接着剤材料は、インプラントの周りに予め注入され、接着剤材料内に既に被包されている標的となる神経上に配置されうる。
【００４０】
本技術による、電極１０８の様々な配置が考えられる。したがって、任意の適切な配置で神経上に電極１０８を配置することができる。図７Ａは二重電極構成であり、図７Ｂは三重電極構成であり、図７Ｃは四重電極構成であり、図７Ｄは、マイクロ多電極アレイを含む神経カフ１００の例である。さらに、図７Ｆのように、例えば、制御および電力電子装置および無線通信回路、すなわちアンテナなどの電子装置１１６も含む基材上に電極１０８を配置することができる。図７Ｅは単一電極構成である。開示される電極１０８は、記録用、刺激用、および／またはグラウンド電極の任意の適切な配置とすることができる。加えて、１つ以上の電極アセンブリを神経上に別々に配置するために、開示される技術を使用することができる。
【００４１】
図８Ａは、図８Ｂに示すように、所定位置にあるときに、神経１０２を部分的に取り囲みうる延伸部分２００を有する挿入具を示している。延伸アーム２００は、注入材料、例えば生体適合性接着剤１０４の流れを、神経および植込み型電極デバイス１０６の領域に導くように機能する。図９は、延伸アームが、（例えば、刻み目の入った破断部位２１０で）挿入具１２０から離脱し、組み付けられた神経カフ１００を伴ったままである、代替的な実施形態を示している。
【００４２】
一実施形態では、開示される技術を実施するために使用される様々な構成部品をキットとして術者に提供することができる。キットは、ユニットとして包装して販売することができ、生体適合性接着剤１０４（またはその前駆体材料）および生体適合性絶縁材１１０（またはその前駆体材料）で予め満たされて提供されうる適切な挿入具１２０を含むことができる。記したように、生体適合性接着剤および／または生体適合性絶縁材１１０は、架橋剤または硬化剤への露出によって所定位置で形成することができ、そのような薬剤もキットの一部として提供することができる。キットは、挿入具１２０の内部またはデバイスとは別個に植込み型電極デバイス１０６を含むことができる。キットは、撮像装置１２６をさらに含むことができる。
【００４３】
図１０に示すように、双方向性神経インターフェイスを利用するシステム３００が、患者の組織または神経に印加するエネルギーパルスを生成するように構成されたパルス生成器３０４を含むことができる。パルス生成器３０４は、植込み型でもよく、コントローラ３０６などの外部デバイスに一体化されてもよい。コントローラ３０６は、デバイスを制御するためのプロセッサ３０８を含む。デバイスの様々な構成部品を制御するためにプロセッサ３０８により実行されるソフトウェアコードが、典型的にメモリ３１０に記憶される。コントローラ３０６および／またはパルス生成器３０４は、リード線を介してまたは無線で電極１０８に接続することができる。
【００４４】
コントローラ３０６は、患者の１種類以上の障害を治療する１つ以上の刺激プログラムに選択入力またはパラメータを提供することを臨床医に可能にさせるように構成された入力／出力回路３１２を有するユーザインターフェイスも含む。各刺激プログラムは、パルス振幅、パルス幅、パルス周波数などを含む１組以上の刺激パラメータを含むことができる。パルス生成器３０４は、コントローラデバイス３０６の制御信号に応じて、リード線３０３を通じて患者に伝達される刺激パルスの刺激特性を変化させるように、その内部パラメータを修正する。一定電流、一定電圧、複数の個々の電流または電圧の供給源などを含む、任意の適切な種類のパルス生成回路を利用することができる。印加されるエネルギーは、電流の振幅およびパルス幅の関数である。システム３００は、本明細書に提示される技術により配置される記録用電極からの信号を受信するように動作可能な記録デバイスも含むことができる。
【００４５】
システム３００は、神経の刺激または記録ならびに、電極が適正に配置されているか否かの判定のために使用することができる。例えば、パルス生成器３０４がエネルギーパルスを印加すると、ステップで電極が神経と適正に接触しているかを判定するために刺激の効果がアクセスされる。刺激が生じたかを判定するために、例えば、記録用電極の信号がアクセスされ、経験的または推定データと比較されうる。電極が所定位置にある場合、生体適合性接着剤１０４および生体適合性絶縁材１１０は、電極を所定位置に定着するように適用される。刺激が正常ではなく、電極が良好に配置されていない場合、神経上の第２の位置に電極を移動させることができる。例えば、神経上の第１の位置が正常でないのは、電極が神経に十分近くないか、神経が損傷しているためである。第２の部位または位置が、刺激効果を向上させることがある。第２の位置は、第１の位置とは異なることができる。コントローラは、較正または配置モード中の実行のために較正用の動作パラメータをメモリに記憶することができる。
【００４６】
図１１Ａは、接着剤および絶縁材成分を注入する前の、電極を配置するために使用されるニードルの画像を示しており、図１１Ｂは、接着剤および絶縁材成分を注入した後の画像である。絶縁に用いるシリコーン材料は、注入後に電極を完全に被包するように示されている。図１２Ａ〜図１２Ｃは、刺激前（図１２Ａ）の神経記録、接着剤注入および電気刺激活動電位応答の後（図１２Ｂ）の神経記録、ならびに絶縁材注入および活動電位応答の後（図１２Ｃ）の神経記録を示している。
【００４７】
神経刺激
ヒトの神経系は、脳および脊髄に中枢的にならびに体の様々な神経に末梢的に見られる、神経細胞、すなわちニューロンの複雑なネットワークである。ニューロンは、細胞体、樹状突起および軸索突起を有する。神経は、体の特定の部分に貢献するニューロンの集合体である。神経は、数百から数十万のニューロンを含みうる。神経は、往々にして求心性ニューロンと遠心性ニューロンの両方を含む。求心性ニューロンは、中枢神経系に戻る信号を運び、遠心性ニューロンは、末梢神経への信号を運ぶ。１部位にあるノイロン細胞体の集合体が、神経節として知られている。電気信号は、ニューロンおよび神経によって伝達される。ニューロンは、電気信号の持続および調節を可能にする神経伝達物質を他の神経とのシナプス（接続部）で放出する。末梢神経では、往々にしてシナプス伝達が神経節で生じる。
【００４８】
ニューロンの電気信号は、活動電位として知られている。活動電位は、細胞膜の両端の電圧電位が特定の閾値を超えるときに生じる。この活動電位は、その後にニューロンの全長に伝搬される。神経の活動電位は、複雑であり、内部の個々のニューロンの活動電位の合計を表す。
【００４９】
連続から間欠に及ぶ様々な刺激パターンを利用することができる。間欠刺激によって、信号オンの時間中に特定の周波数で、ある時間にわたってエネルギーが伝えられる。信号オンの時間には、信号オフ時間と呼ばれる、エネルギーが伝えられない時間が続く。
【００５０】
刺激パターンには、治療のパラメータ、周波数および持続時間が重ねられる。治療周波数は、連続していてもよく、１日または１週のうちの様々な時間で伝えられてもよい。治療持続時間は、短くて数分から数時間まで続いてもよい。指定された刺激パターンを伴う治療持続時間が、１時間にわたって続いてもよい。刺激パターンは、パルス幅（単一パルスの持続時間）と周波数（隣接するパルス間の間隔）との様々な組合せで構成されてもよい。所望の結果を達成するように治療の持続時間および周波数を調整することができる。
【００５１】
電気神経調節のためのパルス生成が、パルス生成器を用いて達成される。パルス生成器には、従来のマイクロプロセッサおよび他の標準的な電気構成部品を使用することができる。この実施形態のためのパルス生成器が、凡そ０．５Ｈｚ〜３００Ｈｚの範囲の周波数、凡そ１０〜１，０００マイクロ秒のパルス幅、および凡そ０．１ミリアンペア〜２０ミリアンペアの振幅を伴う一定電流で、エネルギーパルス、すなわちエネルギー信号を生成することができる。パルス生成器は、ランプ状の、すなわち傾斜した、上昇する電流振幅を生成することができる。パルス生成器は、外部のプログラマーおよび／またはモニターと通信することができる。
【００５２】
正のノードとして働く一方の電極と、負のノードとして働く他方の電極とを有する複数電極アセンブリを用いて、神経の双極性刺激を達成することができる。このようにして、神経活性化を、遠心性、すなわち中枢神経系から離れるように、主に一方向（単一方向）に導くことができる。単極性刺激も行うことができる。本明細書で用いる場合、単極性刺激は、リード線上の単一の電極（リード線電極）のみを使用することを意味する一方で、植え込まれたパルス生成器自体、またはグラウンド電極が、第１の電極から離れた第２の電極（リモート電極）として本質的に機能する。単極性刺激によって、リード線上の電極をリモート電極と電気的に結合するためにより大きなエネルギー場が作り出される。これにより、（双極性刺激に必要とされる「直ぐ近くに」よりも著しく大きな、電極と神経の離隔距離が存在しうることを意味する）神経の「概ね近くに」のみ配置された単一の電極を用いた正常な神経刺激が可能になる。電極と神経の許容される離隔距離の大きさは、リモート電極と結合するためにリード線電極を用いて術者が生成するエネルギー場の実際の大きさに必然的に依存する。したがって、本技術は、以前には隣接していない単極性電極のみが使用されていた領域での刺激を可能にすることができる。
【００５３】
本明細書に提示されるのは、双方向性神経インターフェイスの文脈で神経上に電極を配置する技術である。一実施形態では、電極は、治療実績を得るように神経経路の調節を容易にすることができる。調節は、神経／神経経路（すなわち、電極を有する植え込まれた刺激デバイス）の直接電気刺激によって引き起こすことができる
本開示の技術的効果には、神経刺激用の電極の配置が向上することが含まれる。例えば、開示される技術は、より損傷を与える縫合技術または配置がより困難な神経カフを使用せずに、より小さな末梢神経の神経と直接接触する電極の配置を可能にする。
【００５４】
上述した特定の実施形態は、例として示されており、これらの実施形態には様々な修正および代替的な形態の余地がありうることを理解されたい。請求項が開示される特定の形態に限定されることを意図するものではなく、むしろ本開示の趣旨および範囲に属するすべての修正物、均等物、および代替物をカバーするものであることをさらに理解されたい。
【符号の説明】
【００５５】
１７  適用具
６８  第２の適用具チップ
１００  神経カフ
１０２  神経
１０４  生体適合性接着剤、神経接着剤
１０６  植込み型電極デバイス、インプラントデバイス
１０７  基材
１０８  一体型電極
１０９  開口
１１０  生体適合性絶縁材、周辺絶縁材、絶縁材料
１１１  非分解性接着剤
１１２  電気リード線
１１６  内蔵型電子装置
１２０  外科用挿入具
１２６  外科用スコープ、画像装置、撮像装置
１３０  適用具チップ
１４０  内部チャンネル、接着剤チャンネル
１４２  内部チャンネル、第２のチャンネル
１５０  チャンネル開口
１５２  チャンネル開口
１７０  第２のチャンバ
１７２  第１のチャンバ
１７４  シール
２００  延伸アーム、延伸部分
２１０  破断部位
３００  システム
３０３  リード線
３０４  パルス生成器
３０６  コントローラデバイス
３０８  プロセッサ
３１０  メモリ
３１２  入力／出力回路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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